光电编码器选型及同步电机转速和转子位置测量

采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法《御&控{舔国羲采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法引言全数字化是伺服驱动技术发展的必然趋势,而编码器到伺服驱动单元的数字化连接接口是全数字化伺服驱动技术的重要标志之一.伺服永磁同步电动机(PMSM)近几年来在伺服驱动系统中得到了广泛的应用.伺服永磁同步电动机需要精确的转子磁极位置实现磁场定向和准确的速度反馈进行控制.目前检测转子位置的方法有两类:无传感器技术和传统的机械传感器控制.无传感器技术是近几年研究的热点,主要是利用电机绕组中相关的变量如定子电压,定子电流等,来估算转子的位置和速度_】l,此法虽然省掉了机械传感器,但是该法存在计算量大,不能满宽范围调速要求,对电机的结构有要求等问题,影响了它的应用范围.而传统的方法多采用光电编码器,该方法精度很高l2】,但由于采用的发光元件,其寿命不长,成本高.本文采用一种新型磁编码器对永磁同步电动机转子速度和位置进行检测,实深圳航天技术创新研究院漆亚梅李铁才摘要:针对采用磁编码器作为电机位置检测问题,介绍了磁编码器工作原理和输出模式,及电机转子速度和转子位置测量的几种方法,并在基于DSP~tJPMSM控制系统中进行了实验研究.其研究结果表明:该磁编码器能高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性价比较高.关键词:磁编码器PMSM转速检测转于位置检测现了高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性价比较高.磁编码器工作原理编码器的设计采用了无接触磁编码器芯片AS5040.该芯片是一款世界上最小的l0位多输出旋转磁性编码器集成电路将现场传感霍尔元件,A/D转换,数字信号处理和输出接口集成到单个芯片.因此省去许多磁编码器的外围设备,使其体积给小,成本更低,并且由于采用了无接触传感,因而可以完美的应用于油,灰尘,温度变化大等工况【3】.编码器实物图片如图1所示.编码器工作原理:在芯一片上固定一图1磁编码器实物图片个可产生正弦磁场的两极磁钢,使其围绕芯片中心旋转即可测量角度,可通过磁体的360度旋转探测l024个绝对位置,测量分辨率可达l0位,可测最高转速l0000转/分,可以同时提供增量输出和绝对数出.并且提供了正交编码A/B输出,单通道输出和针对一对或两队极直流无刷电动机U一,厂一w三种不同的增量输出模式,可根据需要通过OTP进行配置;同时还提供了绝对位置数据同步串行接口(SSI),与角度成正比的工作周期PwM输出,提供可编程的起始位置和标记过零信号.该器件能够允许磁场为校准和偏磁,并具有故障自诊断功能,因此其测量精度和可靠性都很高,测速范围宽,能在恶劣环境下工作,与相同分辨率的光电编码器相比,成本只是光电编码器的几分之一3.测速原理与方法转速测量选用磁编码器模式1的增量输出,即将其配置成正交编码A/B模式,该模式下随着电机旋转产生与转速成正比相位差90的正交编码脉冲输出A/B及index信号理想波形,如图2所示,电机每旋转一周indeX输出～ServoControl49智能检测个脉;中,而A/B输出256个脉冲.转子的正反转可以根据A,B两路脉冲信号的相位先后来判断,转速可由如图2方法计算得出.r_1厂]f_]广]-『_]厂]厂]几厂_1厂]r-1:厂]厂]厂一n!:f_]广]图2正交编码A/B及index输出对符号假定时钟频率为f,磁编码器每转脉冲数为N,倍频系数k,n为转速,最大误差率,T为时间间隔,M1在T内对编码器脉;中计数值,M2对时钟脉冲计数值(见图37.(a)M法测速原理(b)T法测速原理(c)M/T法测速原理图3各种测速法原理"M法'铡速通过测量一段固定时间间隔的编码脉冲数来计算转速,适用于高速场合如图3(a)转速为:60M.n—(1)七xN×T相对误差率:==嘉x100%%(2)"T法'0速通过测量编码器相邻脉冲时间间隔来计算转速,适用于低速场合,当速度较高时其准确性较差.由图3b)可得到:60f—k~N—~M(3)2相对误差率:‰=等=×l00%(4)ax×0o%(4)"M/T法'测速"M/T法"测速是上面两种方法的结合,同时测量一定个数编码器脉;中和产生这些脉;中所花的时间,在整个速度范围内都有较好的准确性,但对于低速,该方法需要较长的检测时间才能保证结果的准确性,无法满足转速检测系统的快速动态相应指标.针对于此有提出了变"M/T法"测速法,即M1是可变化的,随着转速的降低M1 将降低,以提高其实时性要求【.如图3(C)为M/T法测速原理,可得转速:6O.k×(5)xNM,J,相对误差率:~max=-An=×l00%(6)×0u%(6)磁编码器转子位置检测同步串行接R(ss1)输出绝对位置当CSn由逻辑高电平变为逻辑低电平时,数据输出(DO)将由高阻态变为逻辑高电平并开始读出数据.数据在时钟信号第一个下降沿来临时写入转换寄存器,每个后续时钟信号上升沿来临时输出一位数据.连续字节包^竺^竺^!:^!^!^l竺^!:角位置数据状态位图4同步串口输出时序图50SewoControlr———一括16位,头1O位是角度信息D【9:0],后续的6位为系统信息,用于校验数据.其中,D9一DO为绝对角位置数据(最高有效位在第一个时钟信号之后).如图4所示.脉宽调制信号输出绝对位置可以输出一个频率为0.9756KHz的脉宽调制信号,其脉冲宽度与测量角度成比例:d-一1(7)t(+oE)…脉宽调制信号信号周期为l025微秒,最小脉宽为】微秒,对应位置为0,对应角度为O度;最大脉宽为1024微秒,对应位置l023,对应角度359.65度,精度可达0.35度.如图5所示,PWM的最小输出脉宽为1US..-_■●峨一..哪.....一...:;i………;'.…;.…:'■:?…;??,??…:?……!一?:? .…j…i,.一一..;...■.:....:....:...:....:....:....:...:….:..一,'—-_一—,——t—''….…''…'………'…..'''!…''一一.'一''.' ;….;…….;…0…;…0……0…..::::::::::''…d''…'图5脉宽调制信号的最小输出脉宽波形实验研究把磁编码器应用于基于TMS320LF2407A永磁同步电动机FOC控制系统的转子速度和位置中,图6基于TMS320LF2407A的永磁同步电动机FOC控制系统中转速和转子位置测量单元结构图(见图6).该在本系统中主要应用了TMS320LE2407A的EVA模块的捕获单元和正交编码电路,以及模数转换单元ADC.图6PMSM控制系统的转速和转子位置测量单元硬件结构图本方案采用M法.磁编码器的将每转产生的256个脉;中A/B正交信号被送入DSP的QEP1~DQEP2,由DSP的QEP正交编码电路自动利用脉冲的4个沿对输入的信号4倍频转换,可以使每转得到1024个脉冲.输入的4倍频脉;中存deX的输出实验测试波形,电机转子每旋转一周,A,B各输出256个脉冲,两相脉冲相差90.,indeX输出一个Jlg;~.模拟输出由PWM输出外接低通滤.j田了_帅,皿唧-■■-豫入到EVA中的TIME2的计数器T2CNT中,根据转向进行增减计数,转向可通过查询GPTCON寄存器I4位获得.i15一dex信号被送入捕捉CAP3,每当indeX发生跳变时,计数器对计数器T2CNT清零,以消除累积误差.根据M法测速算法进行软件编程即可实现速度检测.对于位置的检测,对磁编码器的脉宽调制信号进行变换,通过一个低通滤波器变成0～4.5V与转子位置角成正比的模拟信号直接给DSP的模拟输入ADCINO1,对其位置角进行检测.软件流程图如图7所示.图8,9为磁编码器增量A/B,in一一c—jnto……一……一一～一TM$320LF24047芯片初始化…一一一一…～…程序参数初始亿}………ADC初始化程序～,一Z…一…EvA初始化程序…一!一……中断允许(int2)l～一一一一…主程序循环初始化速度检测子程序.一一!…一一一一,～启动AID转换程序一I■.IlNT2 …～一…一一,结束图7主程序流程图!譬:■:-:::蔓'}??--?:::一'B'…j…:..…'…''…d'叠矗图8正交A和index输出波形图一1哼己_kH圈姗16己kHzt,■●■-■■■■t口l-:_}一.蚺.e§垒!曼盎I墅曼蹩g!f!堡图9正交信号A/B输出波形一町0.胚勘.,a??-,?-?…?……?………………:…? .;t:i一|l__0一≯l.t.Ii0÷善…■;l1_'il;.≥t.…图10模拟输出(《1司服控翩》波器来实现,其实测波形如图10所示, 0—4.5V电压与旋转角度成正比,因此可以通过任意时刻的电压值未读取角度值.结语本文介绍的磁编码器实现了高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性能与价格比较高.在目前应用最广泛的DSP硬件平台上可直接将磁编码器的测量信号,通过软件编程完成对电机转速和位置的检测与控制,使系统的集成性获得提高.是全数字伺服控制系统的优选器件.作者简介漆亚梅(1962一)男硕士,研究方向为电机与驱动控制.参考文献【1】于庆广.刘葵,王冲,袁炜嘉,钱炜慷,张程等.光电编码器选型及同步电机转速和转子位置测量【J】.电气传动.2006,36(4): 17—19[2】吕德刚李铁才,杨贵杰等.高性能磁编码器设计….仪器仪表,2Oo6,27(6):1347～l350【3]江庆明,杨旭,甘永梅.王晓钰.王兆安等一种基于光电编码器的高精度测速和测加速度方法Ⅲ.微计算机信息,20042o(6):48～49--…__…__…●-…-_…_.…..…..…..…..…_'…_●…(上接第46页)取速度.所以在此处还需要完善.2.组态王作为堆垛机监控系统的上位监控软件,具有实现在线实时监控堆垛机的工作状态,立体仓库的存储状况,绑定底层数据库实现设置堆垛机连续作业,联网实现网络控制与管理等功能,上位机对下位设备状态的动画模拟显示还应进一步完善,从而更形象直观地对现场设备进行状态监控.堆垛机快速存取系统,提高了工作效率,达到了设计要求,随着物流业在我国的迅速兴起,对堆垛机控制系统将提出更高的要求.由于组态软件的控制系统可对系统进行分布式控制与集中管理,它将得到更广泛的应用.作者简介朱帅男研究生,研究方向为智能电气与安全参考文献n】刘毅.自动化立体仓库管理与监控系统研究[D].太原:太原理工大学,2008,I7.[2]彭魏臻.麻红昭PII协议分析[J】化工自动化及仪表,20O6,33(4).【3]秦明森实用物流技术[M].北京:中国物资出版社.2001,38【4】彭魏臻麻红昭PPI协议分析[J]化工自动化及仪表,2006,33(4):8—12,[5】龙永辉,孙中生SiomensPPI协议分析….工业控制计算机._-K~05,18(7):】10}12. ServoControI51。

电机旋变测量方法
电机旋变测量方法主要有以下几种:
1.霍尔传感器法:霍尔传感器是一种特殊的半导体器件，内部装有三个与电机转子位置有关的磁敏元件(即重尔元件)，可以实时监测转子位置。

当磁敏元件受到磁场影响时，会铲生电势差，经过放大、滤波、调整等处理后，可以获得精准的转子位置信号。

这种方法测虽精度高，信噪比较好，适用于多种类型的电机，尤其适用于小型电机和高速电机。

2.编码器法:编码器是-种光、电信号交替的数字转换器，可以将旋转角度转化为脉冲信号，通过计数脉冲数，可以了解电机转子的位置和转速。

编码器-般以磁性编码器和光电编码器两种为主。

磁性编码器的优点是抗干扰能力较好，脉冲数可以比较高，但是同步误差大，同时运行温度范围小。

光电编码器的优点是精度高，同步误差小，运行温度范围大，但是抗扰能力相对较差。

这种方法适用于大型电机和复杂电机的测量，精度高，运行稳定。

3.静态测量:这种方法在国内应用最广，它只需要-台直流电源和- 一个旋变的解算装置即可对零。

通常的做法是先对电机绕组通一低压直流电，U相接正，V相或VW相接负，此时电机转子会被拉倒一个固定位置。

比如UVW接法时转子理论电角度为0°。

读取此时旋变解算角度值就是旋变与电机的零位偏差。

这些方法各有优缺点，适用范围也不尽相同，具体应用哪种方法要根据电机和实际需求进行选择。

光电编码器测量电机转速的方法光电编码器测量电机转速的方法可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。

具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。

一、M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。

现在假设检测时间是Tc，计数器的记录的脉冲数是M1，在实际的测量中，时间Tc内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半个脉冲的误差。

如果要求测量的误差小于规定的范围，比如说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。

在一定的转速下要增大检测脉冲数M1以减小误差，可以增大检测时间Tc单考虑到实际的应用检测时间很短，例如伺服系统中的测量速度用于反馈控制，一般应在0.01秒以下。

由此可见，减小测量误差的方法是采用高线数的光电编码器。

M法测速适用于测量高转速，因为对于给定的光电编码器线数N机测量时间Tc条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，误差也就越小。

二、T法也称之为测周法，该测速方法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的方法。

为了减小误差，希望尽可能记录较多的脉冲数，因此T法测速适用于低速运行的场合。

但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超过计数器最大计数值而产生溢出;另外，时间太长也会影响控制的快速性。

与M法测速一样，选用线数较多的光电编码器可以提高对电机转速测量的快速性与精度。

三、M/T法M/T法测速是将M法和T法两种方法结合在一起使用，在一定的时间范围内，同时对光电编码器输出的脉冲个数M1和M2进行计数。

实际工作时，在固定的Tc时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时钟脉冲数，定时器定时Tc时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。

转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测摘要：文章重点解析了应用带有U、V、W相的复合式光电编码器，去检测转子磁钢表贴式永磁同步电机（SPMSM）转子初始位置的原理与流程。

实践证明这一新兴检测技术的应用是对传统检测方法算法执行周期漫长与繁琐等缺陷的弥补，这一技术的应用在检测SPMSM转子初始位置领域中的应用体现出快捷性与精确性特征，希望这一检测技术在后续的发展中得到更大的应用空间。

关键词：永磁同步电机；光电编码器；初始位置；检测方法国际上现存的文献资料多数是介绍在相关软件的协助下对永磁同步电机转子位置进行检测，与转子初始位置检测相关的研究少之又少。

实质上，转子初始位置检测是构成传感器调速体系的关键要素，若该环节存在错差，将会干扰转子位置计算的精确性，为精确型电机管控的系列计算结果的产出设置障碍，最终干扰电机运行的有序性。

基于此，本文探究复合式光电编码器在磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测进程中的具体应用。

1.复合式光电编码器检测转子初始位置的方法在对磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测之时常用的的光电编码器多数为复合式光电编码器，复合式光电编码器作为增量型光电编码器，最大的特征为能够以最为简易的方式完成磁极定位任务，其能够传递出正、反相两组信号，即U、V、W、A、B、Z（正相）与U-、V-、W-、A-、B-、Z（反相）。

一组被用于检测磁极方位，信息具有绝对性特征，三个线路在空间位置上互存角度差为120°，三路脉冲信号U、V、W在空间中所占比例均为50%；另一组信号的功能等同于增量式光电编码器，将三个线路方波脉冲数值传递出来，分别为A、B 与Z 。

前两个线路脉冲相位差为90°，其最大的功能在于辨别转子运行的方向，Z脉冲每运行一次，对基准点位置确定工作就进行一次。

U、V、W信号最大的作用为判别永磁同步伺服系统转子磁极的初始方位。

应该格外注意的内容是：复合式光电编码器的极对数目始终要和电机的极对数目达成统一性，转子运转360°编码器U、V、W相内就会有一相发出和其极对数相等的脉冲个数[1]。

基于AD2S1210的永磁同步电机转子位置及速度检测电路设计倪有鹏;胡清科【摘要】A circuit scheme for detecting rotors′position and speed is proposed in this paper .U‐sing decoder chip AD2S1210 as theprocessor ,and YS52XFW9753 resolver ,produced by Shanghai YingShuang Motor Ltd .,as a sensor ,a peripheral circuit is built .Incentives signals are provided to the resolver by AD2S1210 ,and its feedback signal is decodedto obtain the rotor position and speed of 16‐bit binary code ,which are detected by DSP28335 and resolver in this paper .The test results showthat the design has a good performance ,and can achieve real‐time detection of the rotors′position and speed .%设计了一种用于检测电机转子位置及速度的电路方案，此方案基于AD2S1210解码芯片作为处理器搭建外围电路，采用上海赢双电机有限公司生产的YS52XFW9753旋转变压器作为传感器。

通过AD2S1210给旋转变压器提供激励信号，并对其回馈信号进行解码，得到电机转子位置及速度的16位二进制码。

采用DSP28335及永磁同步电机对设计方案进行了检测，测试结果表明该设计性能良好，可实时实现电机转子位置和速度的检测。

第18卷第3期沈阳工业大学学报Vol.18No.3　总　第　69期Journal of Shenyang Sum No.69　1996年9月Polytechnic University Sep.　1996　永磁同步电机的位置和速度检测方法郭庆鼎　罗睿夫　王丽梅(电气工程系)摘要　介绍了用旋转变压器实现交流永磁伺服电机的磁极位置、速度检测的原理和一种新的实现方法.文中给出了实际的磁极位置和速度信号的解调电路,并对解调原理进行了详尽的分析.该方案工作可靠、检测精度较高,完全能够满足数控机床用高性能交流伺服系统的需要.关键词:旋转变压器;伺服系统;检测中图法分类::TM383.20　引　言 正弦波驱动的高性能伺服系统需要有高精度的磁极位置信号和速度反馈信号,以满足伺服系统高精度定位的需要.这也就要求系统配有高性能的磁极位置检测元件.目前,常用的检测元件主要有绝对式光电编码器、无刷旋转变压器及变磁阻式反馈传感元件.绝对式光电编码器精度虽高,但价格昂贵,可靠性较低,对机械安装要求较高,低速运行不平稳,适用性差,故应用较少.而无刷旋转变压器则不然,它结构坚固简单,成本低,低速运行平稳,检测精度较高,并且由于其与驱动器之间传递的信号为低频正弦信号,所以不受噪声的影响,抗干扰能力强.兼之能同时输出线性度达1%的高精度模拟量信号,因而在欧美的高性能交流伺服系统中广泛采用无刷旋转变压器作为磁极位置传感器.本文所论述的方法通过将旋转变压器输出的信号经高频数字化处理,从中提取出交流永磁伺服电机转子的磁极位置信号和转子速度信号.1　旋转变压器的工作原理 图1为旋转变压器的结构示意图.当旋转变压器用作角度检测反馈装置用时,只需用一个转子绕组就足够了.旋转变压器的定子绕组由两个幅值相等,相位相差90°的高频正弦电压U1、U2来激磁.U1(t)=U a sin(ω0t)本文收到日期:1994-12-03 第一作者.　男.　56.　教授 5)PROM 的输出Q12Q2为一组,Q3、Q4为一组,分别接于旋转变压器的两个励磁绕组上.其利用场效应管的开关特性形成阶梯波.由于其频率很高和电感滤波,因此近似为正(余弦波作为旋图2　旋转励磁信号与基准信号发生电路转的励磁信号.由于其采用数字化合成法,所经该波形在形状和相位上得到了严格的保证.2.2磁极位置解调旋转变压器输出的双极性信号通过高输入阻抗差动放大器后,获得单极性信号.该信号是含有转子位置信息与高频载波信号的混频信号:u =U sin (ω0+ωt )t式中　u为旋变的输出信号:U 为正弦信号的最大值:ω0为旋变励磁信号角频率:ωt为电机转子角速度.该信号经过滤波器与交流放大器后,获得没有直流分量且失真度较小的正弦波信号作为磁极位置解调电路的输入信号.磁极位置解调电路如图3所示8沈阳工业大学学报第18卷图3　磁极位置解调原理图 T P 2点的波形为正弦波,在转子转动条件下其表达式为u =U sin (ω0+ωr )t TP 2信号经反相反,输出为u =-U sin (ω0+ωr )t 这两路信号一起作为解调信号送入由D G 211C J 构成的开关电路,而由PROM 的输出信号Q 5和Q 8经反相后,作为四模拟开关的两个时间基准控制信号.　令ωn =θ,则Q 5和Q 8与TP 2为同频信号,只是相位相差θ角随转子旋转θ角不断变化,反映出转子不断变化的角位移.同理Q 5和Q 7经反相器输出后,作为另两个模拟开关的基准信号.由于Q 5、Q 7和Q 8的初相不相同,且模拟开关为高电平时闭合导通,因此可知,四,模拟开关的输出信号相差90°6电角度.又由于产生磁极位置信号的两路结构完全相同,所以若规定其中一路信号为正弦信号,另一路即为余弦信叼.获得了伺服系统控制回路所需的磁极位置信号.2.3　转子速度解调图4为转子速度解调基本电路图.旋转变压器输出的双极性信号通过高输入阻抗的差动放大器变成单极性信号———含有转子相位和高频励磁载波信号的正弦信号u =U sin (ω0+ωr )t ,该信号经滤波电路和比较器后变为与该信号同相位的方波信号.该方波信号通过与基准励磁信号鉴相及积分处理,获得两路相差180°且与电机转子转动同周期的转子相位的周期信号(锯齿波信号).此转子相们信号经微分电路获得电机旋转角速度ωr .9第3期郭庆鼎等:永磁同步电机的位置和速度检测方法图4　转子速度解调基本电路图 图5为鉴相电路构成图.此鉴相电路由两路组成,且两路电路结构完全一样只不过两路D触发器D端信号有差别.U1的D端信号来自PROM的输出端Q5,U1的D端信号来自PROM的输出端Q7,二者相位相差1/4周期.但都与励磁信号同周期.图5　鉴相电路图 由D触发器的工作原理可知,U1输出端的信号取决于CP脉　冲上升沿到来时D端的信号.当CP脉冲上升沿到来时刻,若D端为高电平,则其输出Q端为高电平,否则为低电平.由于CP脉冲信号是与旋变输出信号同周期的方波信号,故CP脉冲与D脉冲之间的相差即为电机转过的角度ωrt.所以电机旋转360°电角度,U1电平变化一个周期,即U1输出端Q端信号的周期应是电机旋转的周期.同理U1的方波周期也是转子旋转的周期,只不过是相位相差1/4周期而已.位相反的方波信号,作为J K触发器2的J K端的控制信号.由于J K触发器2的J端的频率为励磁信号频率的两倍,所以电机旋转一个周期,J和CP相差两个周期,也就是说速度解调信号的频率为电机旋转频率的两倍.J K触发器2的输出信号加于模拟开关的控制,取样两路微分电流.运算放大器A为一惯性环节,将电流信号转换为电压信号,并具有一定的滤波作用.至此,转子速度信号被解调出来.3　结　论 以上分析表明,该方案能够迅速、准确地检测出交流永磁伺服电机转子的磁极,,位置信号和速度信号磁极位置信号输出波形不但正、负半周完全对称,且峰值相等、相位相差90度.检测出的速度信号平滑,具有很高的线性度,实际在数控机床进给系统中应用证明,其精确度完全能够满足高精度交流伺服系统的需要.而且由于该方案在信号处理上采用了数字化处理手段,因而使得在此基础上实现数字化检测变得简单易行.参考文献1　Guo Qingding,Luo Ruifu,wang Limei.Fully Digital permanent Magnet Synchronous Motor Servo System Basedon DSP.Proceedings of ICPE’95,1995,30～342　郭庆鼎,王成元编著.交流伺服系统.机械工业出版社,1994A Detecting of Method Position and Speed ofPermanent Magnet Synchromous MotorGuo Qi ngdi ng,L uo R rif u　W angL i mei(Dept.of Mechanical Engineering,SPU)AbstractThis paper imtrocducs a new method of dectecting absolute position and analogy velocity with re2 solver.The actual circuit of edmodulation is given.The operation theory is analyzedin detail.It has been concluded that the method is resonable,reliable and can be satisfied with the requirments of high2per2 formance AC servo system.K ey w ords:sping;tronsformers;servo system;measuring。

PLC与光电编码器在转速测量中的应用概述随着科技的不断进步，传动系统的转速测量已经不再是一个简单的问题，而是需要高精度、高可靠性的解决方案。

PLC与光电编码器正是这一领域的佼佼者，它们被广泛应用于转速测量中。

本文将从PLC和光电编码器的基础知识入手，深入探讨它们在转速测量中的应用。

PLC基础知识PLC（Programmable Logic Controller）即可编程逻辑控制器，是一种专门设计用于控制工业自动化生产过程的电子设备，PLC系统通常由输入模块、中央处理器和输出模块三部分组成。

输入模块用于接收传感器等外部设备的电信号，中央处理器通过算法实现信号处理和逻辑判断，输出模块则负责驱动执行器等设备。

PLC具有较强的实时性、稳定性和可靠性，可实现复杂的控制逻辑。

在转速测量中，PLC可通过读取光电编码器输出的计数信号来计算转速。

光电编码器基础知识光电编码器是一种用于检测和测量旋转方向和角度的设备，由发光器和接收器两部分组成。

发光器发射光线，光线经过透镜后照射在码盘上，码盘根据旋转方向旋转，使得光线照射在码盘上的位置不同，接收器接收到光线后转换成电信号输出。

根据光电编码器的信号类型不同，其输出方式也不同。

一般来说，光电编码器的输出信号有两种类型：脉冲输出类型和模拟输出类型。

其中，脉冲输出类型是最常用的，它输出的是一系列脉冲信号，每个脉冲信号代表码盘旋转的角度，可用于计算旋转的速度和方向。

光电编码器在转速测量中的应用光电编码器是一种广泛应用于制造业和工业自动化的转速测量设备。

在转速测量中，光电编码器通常与PLC系统配合使用，以实现高精度、高可靠性的数据获取和处理。

具体而言，在使用光电编码器进行转速测量时，需要将其与PLC系统连接，PLC读取编码器的计数信号进行数据处理和计算。

计算公式如下：转速 = 瞬时脉冲数 / (码盘一圈的脉冲数 * 时间间隔)其中，瞬时脉冲数为读取的编码器脉冲数，码盘一圈的脉冲数为光电编码器自身的参数，时间间隔为读取两次脉冲信号的时间间隔。

制作速度检测部件实验报告专业：机械设计制造及其自动化姓名：xxx学号：xxx实验时间：2012-2013学年第2学期制作速度检测部件一、实验原理：1.利用外部中断0对信号源在一定时间内产生的脉冲进行计数，并对外部中断0设置为跳变沿中断(IT0=1)2.利用定时器0进行计时，并在中断程序中读取这段时间内产生的脉冲数，再利用脉冲数与路程之间的对应关系求得编码器的速度。

3.光电开关的使用，如图：测速方法： M 法测速测取c T 时间内旋转编码器输出的脉冲个数1M ，用以计算这段时间内的平均转速，称作Ｍ法测速，图12所示。

电机的转速为r/min 601cZT M n =，M 法测速的分辨率：c c c ZT ZT M ZT M Q 6060)1(6011=-+=M 法测速误差率：cT 1M 图12 M 测速法原理图%1001%10060)1(60 60%1111max ⨯=⨯-=M ZT M ZT M ZT M ccc δM 法测速适用于高速段， T 法测速记录编码器两个相邻输出脉冲的间的高频脉冲个数M2，f0为高频脉冲频率，图13所示。

电机转速r/min ZM f 60ZT 60n 2t ==T 法测速的分辨率：)1(6060)1(602202020-=--=M ZM f ZM f M Z f Q 或Zn f Zn Q -=0260Ｔ法测速误差率：%10011%1006060 )1(60%2202020max ⨯-=⨯-=M ZM f ZM f M Z f δT 法测速适用于低速段。

M/T 法测速把M 法和T 法结合起来，既检测TC 时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T 法测速。

采用M/T 法测速时，应保2M2f M T t=图13 T 测速法cT 1M 2M图14 M/T 法测速原理图证高频时钟脉冲计数器与旋转编码器输出脉冲计数器同时开启与关闭以减小误差。

光电编码器速度测量方法
光电编码器是一种常用的速度测量设备，其工作原理是利用光电效应将旋转运动转化为电信号，用来测量旋转物体的角速度。

在实际应用中，为了获得更精确的测量结果，需要采用一些特殊的方法来提高测量精度。

第一种方法是使用多个光电编码器。

通过将多个光电编码器分别安装在被测物体的不同位置上，可以获得更加准确的旋转速度信息。

在实际应用中，通常会使用三个或更多的光电编码器，分别测量被测物体的不同位置。

第二种方法是使用边沿计数器。

边沿计数器是一种精密的计数器，可以对光电编码器输出的电信号进行精确的计数。

通过对边沿计数器进行配置，可以实现高速的计数和计算，从而提高测量精度。

第三种方法是使用数字信号处理器。

数字信号处理器可以对光电编码器输出的信号进行数字滤波和处理，从而提高测量精度。

通过对输入信号进行数字滤波和滤波器设计，可以获得更加稳定和精确的测量结果。

综上所述，光电编码器速度测量方法有多种，每种方法都有其优缺点和适用范围。

在实际应用中，需要根据被测物体的具体特点和测量要求，选择最合适的测量方法，从而获得更加准确和可靠的测量结果。

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光电编码器选型及同步电机转速和转子位置测量3于庆广　刘葵　王冲　袁炜嘉　钱炜慷　张程清华大学 摘要:光电轴角编码器,又称光电角位置传感器,是电气传动系统中用来测量电动机转速和转子位置的核心部件。

对绝对式、增量式和混合式光电轴编码器的工作原理进行了综述,介绍了光电轴编码器的选型原则、转子速度的测量和转子位置的测量方法。

最后,给出了同步电动机变频调速系统中转速和转子位置测量系统的实现。

关键词:光电轴编码器　混合式轴编码器　同步电机转子位置Choice of Optical2encoder and Measure of Speed and R otorPlace of Synchronous MotorYu Qingguang　Liu Kui　Wang Chong　Yuan Weijia　Qian Weikang　Zhang ChengAbstract:Optical2encoder,which is also called photoelectric angei2position sensor,is the core device in measurement of motor speed and rotor position in drive system.There summarize the operating principle of ab2 solute、incremental and hybrid encoder,introduce the choice principle of optical2encoder model and the measur2 ing method of rotor speed and rotor position.The implementation of measuring method of rotor speed and ro2 tor position in variable frequency speed2regulated system of synchronous motor is also given.K eyw ords:optical2encoder　hybrid2encoder　rotor place of synchronous motor1　引言光电轴角编码器,又称轴编码器或光电角位置传感器。

编码器如何测位置、测转速、测角加速度？展开全文在电气传动系统中，是用来测量电机转速及转子位置核心部件。

光电编码器，它的转轴和被测转轴连在一起，由被测转轴带动它的转轴转动，然后将被测的物理量转变为二进制编码或者一串脉冲。

就以光电编码器来说进行细分又有三种类型，有增量式编码器、绝对式编码器、混合式编码器。

其中的增量式编码器多用于转轴转速测量，绝对式编码器多用于转轴空间位置的测量，而混合式编码器其实就是增量式编码器和绝对式编码器的组合体，后端是置入处理芯片的。

所以说其实这三类编码器都具有测量转子转速及空间位置的功能。

题目说的如何实现物理量的测量？这得从其原理出发。

因此来说说增量式编码器工作原理。

曾量式编码器上图是增量式编码器的结构示意图。

被测转轴带动它的转轴转动从而使光电码盘转动。

关键部位就是光电码盘，在其周边刻有节距相等的辐射状窄缝，而且是两组透明的检测窄缝，这两组透明的检测窄缝是错开1/4节距，因此两个光电变换器输出信号在相位上相差90度。

当工作时，鉴向盘不动的，只有主码盘和其转轴是跟被测转轴一起转动的，使发出的光源投射到主码盘和鉴向盘上。

假如主码盘的不透明区域和鉴向盘的透明窄缝对齐，投射光线是被全部遮挡的，此时编码器输出的电压信号是最小的。

假如主码盘的透明区域和鉴向盘透明窄缝对齐，投射光线是全部透过的，此时编码器输出的电压信号是最大的。

所以说增量式编码器的主码盘每转一个刻度线周期，它就输出一个近似正弦波电压信号，而且两组光电变换器输出电压信号相位差为90度。

看下图，是增量式编码器输出波形上面不是说到有两组光电变换器输出信号吗？图中的A和B就是输出的两组电压信号，属于两路正交脉冲。

图中的Z是一路零脉冲，它的作用是用来校正每转编码器产生的脉冲个数，将误差控制在每转之内，避免积累误差的产生。

区别电机转子旋转方向，根据A和B这两路脉冲信号相位来判断电机转子是正转还是反转。

但增量式编码器有优点也有缺点，优点是实现小型化容易、结构简单、响应速度快，缺点是掉电后容易丢数据，还容易积累误差。

基于增量式光电编码盘的永磁同步电机转子位置初始定位*陈 荣(盐城工学院电机与信息工程学院,江苏盐城 224003)摘 要:在简述矢量控制原理的基础上,通过分析现有转子位置检测手段的不足,提出使用增量式光电编码盘实施永磁同步转子位置检测及转子位置的初始定位方法。

该试验系统使用转子位置初始定位方法。

试验结果表明,该方法可以满足实际使用要求。

关键词:永磁同步电机;增量式光电编码盘;初始定位中图分类号:TM 301.2B TM 351 文献标识码:A 文章编号:1673-6540(2007)03-0032-03R otor Inci pient Position Locati on of P M S M B asedon Incre m ental Photoelectri c Coded D iskC HE N Rong(Institute of E lectric M ach i n e and Infor m ati o n Eng i n eer i n g ,Yancheng Institute of Techno l o gy ,Yancheng 224003,Ch i n a)Abstrac t :A m ethod o f ro tor po siti on detec ti on and i nc i pien t pos ition locati on usi ng i ncre m ental pho t oe lectr i ca l coded disksw as i ntroduced .T he pri nc i p l e of vector contro lw as presented .T he s hortcom ing of roto r position de tecti on m easure used no w adays w as analyzed .T he m ethod had been put i nto use i n exper i m ent syste m,and the test res u lts showed that it could m eet the needs of practica l use .K ey word s :perman en t m agn etic synch ronous m otor ;incre m en ta l photoe lectr ical coded d isk ;i nc i p ien t position location*江苏省高校自然科学基金项目(04KJ B470150);盐城市科学技术局自然科学基金项目(YK2005016-1)0 引 言在交流传动系统中,永磁同步电机的数学模型相对简单,且其功率密度大、低速时转子不发热、不影响传动精度;而且,由于电机转子有励磁,电机的运行频率极低,电机调速范围较宽[1]。

1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。

这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。

光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。

由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90旱牧铰仿龀逍藕拧根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。

根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90海佣煞奖愕嘏卸铣鲂较颍鳽相为每转一个脉冲，用于基准点定位。

它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。

其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。

这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。

显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。

目前国内已有16位的绝对编码器产品。

绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。

绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。